近年来,基于超构材料(metamaterial)的变换光学发展非常迅速。变换光学的核心思想是通过控制折射率的连续分布,对光子的传播进行无界面反射的调控。基于这个想法,人们设计出很多功能新奇,性能完美的器件。但是,超构材料对设计的要求极其苛刻,需要对空间各点的介电常数,磁导率或折射率进行调制,在实验上很难实现。另一方面,在传统的平面介质波导中,波导的等效折射率与波导的厚度有关。通过改变波导厚度可以很方便地改变波导的等效折射率,不需要利用金属共振单元的特殊设计,也可以避免金属结构的欧姆损耗。因此,如果我们利用渐变波导的厚度变化来控制等效折射率,就可以实现结构简单,损耗低,工作频率范围宽的变换光学器件。本论文主要研究了渐变介质波导的基础理论,渐变波导制备技术,渐变波导测量系统的搭建,基于渐变介质波导的变换光学转弯器件的设计,表征,实验测量等。本论文首先简单回顾了基于超构材料的变换光学的发展历程。简要阐述了几种实验上实现变换光学器件的方法,并比较了这几种方法的优缺点。随后,我们提出了在渐变介质波导中实现变换光学器件的设计思路。和超构材料相比,渐变波导制备非常简单,可以具有很小的欧姆损耗和散射损耗,同时可以工作在很宽的频率范围。我们提出了一种简单而新颖的渐变波导的制备工艺,其过程是：利用PMMA溶液和金属不浸润的特性,在表面张力的作用下,旋涂后的PMMA在我们预设的边界上形成了厚度渐变分布的波导,这种方法比较简单,且制得的结构表面比较光滑,可以有效的减少光子传播的散射损耗。利用我们自己搭建的量子点荧光显微成像系统(Quantum-dot Fluorescence Imaging Microcopy:QDFIM),我们在这种渐变的波导中,直接观察到了渐变波导中光束纵向传播,横向受限,多模分束等现象。然后利用同样的制备方法,量子点荧光(605nm)显微成像的观测手段,我们在实验上观察到了紫外光(405nm)波导的无反射转弯,这种转弯器件具有损耗低,转弯角度大(90°)的优点。之后,我们又把它推广到其他任意不规则边界的转弯。本文所提供的技术和方法,可以推广到更宽的波长范围。并且,通过设计合适的边界,还可以实现对光束更多的变换光学调控。